Bilim insanları fotosentezin gizemini keşfetti

Bilim insanları fotosentezin gizemini keşfetti
Bilim insanları fotosentezin gizemini keşfetti

Fotosentez, bitkilerin ve organizmaların ışık enerjisini kullanarak kimyasal enerjiye dönüştürme işlemidir. Biz insanların aksine bitkiler ve bazı organizmalar kendi besinlerini üretebilmektedir. Ekolojik sistemin devamlılığı için fotosentez büyük önem taşımaktadır. Dolayısıyla fotosentezin gizemini çözmek bilim insanları için bir araştırma konusu olmuştur.

Algler ve fotosentetik bakteriler uzun süreli ve yüksek verimle fotosentez olayını gerçekleştirmektedir. Bilim insanları uzun süredir fotosentez olayının nasıl gerçekleştiğini anlamaya çalışıyorlar. Bu olayı güneş panelleri ve sensörler gibi insan yapımı cihazları geliştirmek için kullanmayı amaçlıyorlar.

ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda çalışan bilim insanları, St. Louis'deki Washington Üniversitesi'ndeki diğer bilim insanlarıyla gerçekleştirdikleri ortak çalışmayla asırlık gizemin kritik bir kısmını çözdüler.

Fotosentetik proteinlerin ışığı yakaladığını ve bir dizi elektron transfer reaksiyonunu başlatmak için kullandığını buldular. Argonne biyofizikçisi Philip Laible, "Biyolojik faaliyetleri anlamak için elektron transferini iyi anlamalısınız." "Elektronların hareketi çok önemlidir, bir hücre içindeki işler de bu şekilde gerçekleştirilir." dedi.

Fotosentetik organizmalarda, bu işlemler bir foton ışığının proteinlerde lokalize olan pigmentler tarafından emilmesi ile başlar. Her foton, hücre içindeki özel bölmelerin içine yerleştirilmiş bir zar boyunca bir elektron iter. Argonne biyokimyacısı Deborah Hanson, "Yükün bir zar boyunca ayrılması ve stabilizasyonu, hücre büyümesini sağlayan enerji üretimi açısından kritik öneme sahiptir." dedi.

Argonne ve Washington Üniversitesi araştırma ekibi, bu sürecin ilk adımları olan elektron yolculuğu hakkında değerli bilgiler elde etti. Yaklaşık 35 yıl önce bu tür komplekslerin ilk yapısı ortaya çıktığında, bilim insanları ışığın emilmesinden sonra elektron transfer süreçlerinin bir ikilemle karşı karşıya olduğunu keşfettiler; elektron transferi için iki olası yol var. Doğada, bitkiler, algler ve fotosentetik bakteriler bunlardan sadece birini kullanır.

Bilim insanları neden bir yolun tercih edildiği hakkında hiçbir fikre sahip değillerdi. Bildikleri şey, elektronun zar boyunca itilmesiyle foton enerjisini etkili bir şekilde kullanmanın birden fazla adım gerektirdiğiydi. Argonne ve Washington Üniversitesi bilim insanları elektronun yörünge değiştirirken çakışma durumlarına müdahale etmeyi başardılar. Washington Üniversitesi'nde kimyager olan Dewey Holten, "Otuz yılı aşkın süredir bu yoldayız ve bu birçok fırsat sunan büyük bir başarı." dedi.

Bilim insanlarının Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan "Bakteriyel fotosentetik reaksiyon merkezinde değişen tarafların yeniden yapılandırılmasıyla birincil yük ayrımı" makalesi, bu protein kompleksinin kullanımını değiştiren bir mühendislik yaklaşımını nasıl keşfettiklerini göstererek bu protein kompleksini devre dışı bırakırken etkin olmayan teorinin etkinleştirilmesini sağlar. Washington Üniversitesi kimyageri ve proje lideri Christine Kirmaier, "İlk elektron transferinin yönünü değiştirmemiz kayda değer bir başarıdır." "Doğada, elektronun tamamı bir yol seçer. Ancak çabalarımızla elektronun yüzde 90'lık kısmının alternatif bir yola geçmesini sağlayabildik. Bu keşifler gelecekteki araştırmalar için heyecan verici sorular ortaya koyuyor." dedi.

Araştırmaların sonucu olarak, bilim insanları artık kendi seçtikleri bir yola bir elektron gönderebilecekleri elektron transfer sistemleri tasarlayabiliyorlar. Laible, "Bu önemlidir, çünkü yeni abiyotik sistem uygulamalarının önünü açacak tasarım yöntemlerini anlamak için enerji akışını kullanma yeteneğini kazanmaya çalışıyoruz."  "Bu, birçok güneş enerjisiyle çalışan cihazın verimliliğini büyük ölçüde artırmamıza olanak tanıyacak ve potansiyel olarak onları daha küçük hale getirecektir. Henüz öngörülmeyen ışıkla çalışan biyokimyasal reaksiyonların yeni yöntemlerini keşfetmek çin muazzam bir fırsatımız var. Eğer bunu yapabilirsek, bu çok büyük bir fırsat. " dedi.